JP4793321B2 - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気通路から取り出した排気の一部をEGRガスとしてシリンダ内に供給する内燃機関の排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that supplies a part of exhaust gas taken out from an exhaust passage of the internal combustion engine as EGR gas into a cylinder.
一つのシリンダに対して二つの吸気ポートが設けられた内燃機関に適用され、二つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポートのみを経由させてシリンダ内にEGRガスを供給できるようにした内燃機関の排気還流装置が知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2〜5が存在する。
An internal combustion engine that is applied to an internal combustion engine in which two intake ports are provided for one cylinder and that can supply EGR gas into the cylinder through only one of the two intake ports. An exhaust gas recirculation device is known (Patent Document 1). In addition,
特許文献1の装置は、一つのシリンダ内に、一方の吸気ポートを経由してEGRガスが供給されるとともに他方の吸気ポートを経由して空気が供給されるので、EGRガスの温度と空気の温度との温度差が変化するとシリンダ内でのEGRガスの分布が変化して燃焼悪化を招くおそれがある。
In the apparatus of
そこで、本発明は、シリンダ内に供給されるEGRガスと空気との温度差の変化を緩和して燃焼悪化を抑制できる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can mitigate a change in temperature difference between EGR gas supplied to a cylinder and air and suppress deterioration of combustion.
本発明の内燃機関の排気還流装置は、一つのシリンダに対して複数の吸気ポートが設けられた内燃機関に適用され、前記内燃機関の排気通路から取り出した排気の一部を前記複数の吸気ポートのうちの一部の吸気ポートのみを経由させて前記シリンダ内にEGRガスとして供給できる内燃機関の排気還流装置において、前記一部の吸気ポートのみを経由して前記シリンダに供給されるEGRガスの温度であるEGRガス供給温度を調整できるEGRガス温度調整手段と、前記EGRガス供給温度と前記複数の吸気ポートのうちの残りの吸気ポートを経由して前記シリンダに供給される空気の温度との温度差が所定範囲内に収まるように、前記EGRガス供給温度の目標温度を設定する目標設定手段と、前記EGRガス供給温度が前記目標設定手段にて設定された前記目標温度となるように、前記EGRガス温度調整手段を制御するEGRガス温度制御手段と、を備えることにより上述した課題を解決する(請求項1)。
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine in which a plurality of intake ports are provided for one cylinder, and a part of exhaust gas taken out from an exhaust passage of the internal combustion engine is supplied to the plurality of intake ports. In the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine that can supply EGR gas into the cylinder through only a part of the intake ports, the EGR gas supplied to the cylinder through only the part of the intake ports an EGR gas temperature adjusting means capable of adjusting the EGR gas supply temperature is a temperature, the temperature of the air supplied to the cylinder via the remaining intake port of said intake port and said EGR gas supply temperature Target setting means for setting a target temperature of the EGR gas supply temperature so that the temperature difference falls within a predetermined range; and the EGR gas supply temperature is set to the target setting. As becomes the target temperature set by the stage, to solve the problems described above by providing, an EGR gas temperature control means for controlling the EGR gas temperature control means (claim 1).
本発明の排気還流装置によれば、シリンダ内に供給されるEGRガスのEGRガス供給温度とシリンダ内に供給される空気の温度との温度差が所定範囲内に収まるように設定された目標温度にEGRガス供給温度が制御されるので、シリンダ内に供給されるEGRガスと空気との温度差の変化を緩和することができる。その結果、シリンダ内にEGRガスを供給した際の燃焼悪化を抑制することができる。
According to the exhaust gas recirculation system of the present invention, the target temperature of the temperature difference between the temperature of air supplied to the EGR gas supply temperature and the cylinder of the EGR gas supplied into the cylinder is set so as to fall within a predetermined range Since the EGR gas supply temperature is controlled, the change in the temperature difference between the EGR gas supplied into the cylinder and the air can be mitigated. As a result, deterioration of combustion when EGR gas is supplied into the cylinder can be suppressed.
EGRガス温度調整手段はEGRガス供給温度を調整することができることを限度として種々の態様にて実現できる。例えば、EGRガスと冷媒との間で熱交換できる冷却装置を設けるとともにその冷却装置を迂回できるバイパス通路を設け、バイパス通路を通過するEGRガスの流入量を調整することによってEGRガス供給温度を調整することもできる。また、前記排気通路に接続されてEGRガスを導く排気還流通路を更に備え、前記EGRガス温度調整手段として、前記排気還流通路内に燃料を噴射できる燃料供給手段が設けられ、前記EGRガス温度制御手段は、前記EGRガス供給温度が前記目標温度よりも高い場合に前記EGR通路内に燃料が噴射されるように前記燃料供給手段を制御してもよい(請求項2)。この場合には、燃料供給手段が燃料を噴射して噴射燃料を排気還流通路内で気化させることにより、その気化潜熱を利用して排気還流通路内を流れるEGRガスを冷却することができる。気化潜熱を利用する場合は燃料の気化に要する時間が短いため、冷媒との熱交換を利用してEGRガスを冷却する場合と比べて短時間で冷却できる。従って、この態様によれば、EGRガス供給温度を応答性良く制御することができる。 The EGR gas temperature adjusting means can be realized in various modes as long as the EGR gas supply temperature can be adjusted. For example, a cooling device capable of exchanging heat between the EGR gas and the refrigerant is provided, a bypass passage capable of bypassing the cooling device is provided, and an EGR gas supply temperature is adjusted by adjusting an inflow amount of the EGR gas passing through the bypass passage. You can also The EGR gas temperature control means further includes an exhaust gas recirculation passage connected to the exhaust passage, and fuel supply means capable of injecting fuel into the exhaust gas recirculation passage is provided as the EGR gas temperature adjustment means. The means may control the fuel supply means so that fuel is injected into the EGR passage when the EGR gas supply temperature is higher than the target temperature (Claim 2). In this case, the fuel supply means injects the fuel and vaporizes the injected fuel in the exhaust gas recirculation passage, whereby the EGR gas flowing in the exhaust gas recirculation passage can be cooled using the latent heat of vaporization. When using the latent heat of vaporization, the time required for vaporization of the fuel is short, so that the EGR gas can be cooled in a shorter time than when the EGR gas is cooled using heat exchange with the refrigerant. Therefore, according to this aspect, the EGR gas supply temperature can be controlled with good responsiveness.
燃料供給手段が噴射すべき燃料供給量は適宜に設定すればよい。例えば、前記燃料供給手段が噴射すべき燃料供給量の複数の候補を、前記EGRガス供給温度を前記目標温度まで低下させるために必要な要求温度低下量に基づいて、前記排気通路から取り出される排気温度に基づいて、前記排気還流通路の所定位置の通路壁温度に基づいて、それぞれ算出する候補算出手段と、前記候補算出手段が算出した前記複数の候補のうちの最小値を前記燃料供給手段が噴射すべき燃料供給量として算出する燃料供給量算出手段と、を更に備えてもよい(請求項3)。気化する燃料が多いほどEGRガスの温度低下幅は拡大するが、燃料供給量が適量よりも過大になると、気化しきれなかった燃料が排気還流通路の通路壁に付着することによって排気還流通路の詰まりを引き起こすおそれがある。この態様によれば、複数の候補のなかの最小値が燃料供給量として算出されるので、燃料供給量が適量よりも過大になることを防止できる。これにより、通路壁への燃料付着による排気還流通路の詰まりを回避することが可能となる。この態様においては、前記排気還流通路の通路壁温度が所定値以下の場合に前記燃料供給手段による燃料噴射が禁止されるように前記燃料供給手段を制御する燃料供給禁止手段を更に備えてもよい(請求項4)。この場合には、通路壁温度が所定値以下の場合に強制的に燃料噴射が禁止されるので、排気還流通路の詰まりを確実に回避できる。 The fuel supply amount to be injected by the fuel supply means may be set appropriately. For example, a plurality of candidates for the fuel supply amount to be injected by the fuel supply means are extracted from the exhaust passage based on a required temperature decrease amount required to reduce the EGR gas supply temperature to the target temperature. The fuel supply means calculates the minimum value among the candidates calculated by the candidate calculation means and the candidate calculation means calculated based on the temperature of the exhaust gas recirculation passage based on the passage wall temperature at a predetermined position of the exhaust gas recirculation passage. And a fuel supply amount calculating means for calculating the fuel supply amount to be injected. As the amount of fuel vaporized increases, the temperature drop range of the EGR gas increases. However, if the fuel supply amount exceeds the appropriate amount, the fuel that has not been vaporized adheres to the passage wall of the exhaust gas recirculation passage, thereby May cause clogging. According to this aspect, since the minimum value among the plurality of candidates is calculated as the fuel supply amount, it is possible to prevent the fuel supply amount from becoming excessive from an appropriate amount. Thereby, it becomes possible to avoid clogging of the exhaust gas recirculation passage due to fuel adhering to the passage wall. In this aspect, there may be further provided a fuel supply prohibiting means for controlling the fuel supply means so that fuel injection by the fuel supply means is prohibited when the passage wall temperature of the exhaust gas recirculation passage is a predetermined value or less. (Claim 4). In this case, since the fuel injection is forcibly prohibited when the passage wall temperature is equal to or lower than a predetermined value, it is possible to reliably avoid clogging of the exhaust gas recirculation passage.
本発明の排気還流装置の一態様においては、前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有した圧縮着火型機関として構成されており、前記燃料供給手段による燃料噴射が行われた後に前記EGRガス供給温度が前記目標値を含む許容範囲内に収まっている場合、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の着火時期が早まることを防止できる所定操作を前記内燃機関に対して実行する早期着火防止手段を更に備えてもよい(請求項5)。燃料供給手段にて噴射された燃料は気化した後にEGRガスとともにシリンダ内に供給される。そのため、燃料噴射弁にてシリンダ内に燃料を噴射する前にシリンダ内の燃料濃度が高くなって圧縮行程における着火時期が早まるので、燃料供給手段にて燃料を供給しない通常時と比べて排気性能が悪化、即ち排気中の有害成分が増加するおそれがある。この態様によれば、着火時期が早まることを防止できる所定操作が内燃機関に対して実行されるので、燃料供給手段による燃料噴射に伴う排気性能の悪化を防止できる。所定操作としては着火時期が早まることを防止できる操作であればよい。 In one aspect of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention, the internal combustion engine is configured as a compression ignition type engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder, and fuel injection by the fuel supply means is performed. When the EGR gas supply temperature is within an allowable range including the target value after the ignition, a predetermined operation that can prevent the ignition timing of the fuel injected by the fuel injection valve from being advanced is applied to the internal combustion engine. Further, an early ignition preventing means may be further provided (claim 5). The fuel injected by the fuel supply means is vaporized and then supplied into the cylinder together with the EGR gas. Therefore, before the fuel is injected into the cylinder by the fuel injection valve, the fuel concentration in the cylinder becomes high and the ignition timing in the compression stroke is advanced, so that the exhaust performance compared with the normal time when fuel is not supplied by the fuel supply means May deteriorate, that is, harmful components in the exhaust gas may increase. According to this aspect, since the predetermined operation that can prevent the ignition timing from being advanced is performed on the internal combustion engine, it is possible to prevent the exhaust performance from being deteriorated due to the fuel injection by the fuel supply means. The predetermined operation may be an operation that can prevent the ignition timing from being advanced.
例えば、前記内燃機関は、前記燃料噴射弁による燃料噴射を、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも前に行われるパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードを実行でき、かつ前記メイン噴射及び前記パイロット噴射のそれぞれの燃料噴射時期とそれぞれの燃料噴射量とを変更できるように構成されており、前記早期着火防止手段は、前記所定操作として、前記パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及び前記メイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを前記内燃機関に対して実行してもよい(請求項6)。パイロット噴射の燃料噴射量の減量させる操作及びメイン噴射の着火時期の遅角させる操作はいずれも着火時期の早まりを抑える効果があるので、これらの操作の両方を行ってもよい。 For example, the internal combustion engine may divide fuel injection by the fuel injection valve into main injection performed at a predetermined time and pilot injection performed before the predetermined time with a smaller amount of fuel than the main injection. The injection mode can be executed, and the fuel injection timing and the fuel injection amount of each of the main injection and the pilot injection can be changed. At least one of an operation of reducing the fuel injection amount of the pilot injection and an operation of retarding the fuel injection timing of the main injection may be performed on the internal combustion engine. Since both the operation of reducing the fuel injection amount of the pilot injection and the operation of retarding the ignition timing of the main injection have the effect of suppressing the early ignition timing, both of these operations may be performed.
本発明の排気還流装置の一態様においては、前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有した圧縮着火型内燃機関として構成されており、前記燃料供給手段による燃料噴射が行われた後に前記EGRガス供給温度が前記目標値を含む許容範囲の上限を超えている場合、前記燃料噴射弁からの噴射燃料によって前記シリンダ内に形成される混合気の分布が前記シリンダに供給されるEGRガスと吸気との温度差に伴って変化することを防止できる所定操作を前記内燃機関に対して実行する分布変化防止手段を更に備えてもよい(請求項7)。EGRガス供給温度が許容範囲の上限を超えている場合、シリンダに供給されるEGRガスと空気との温度差により、相対的に高温のEGRガスがシリンダ内の中央に偏る。これにより、シリンダ中央の雰囲気の温度が上昇するため燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の蒸発が早まる。そのため、シリンダの内周面付近まで混合気が到達し難くなってシリンダ内に形成される混合気の分布が変化するので、燃料供給手段にて燃料を供給しない通常時と比べて排気性能が悪化、即ち排気中の有害成分が増加するおそれがある。この態様によれば、混合気の分布の変化を防止できる所定操作が内燃機関に対して実行されるので、燃料供給手段による燃料噴射に伴う排気性能の悪化を防止できる。所定操作としては混合気の分布の変化を防止できる操作であればよい。 In one aspect of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention, the internal combustion engine is configured as a compression ignition type internal combustion engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder, and fuel injection by the fuel supply means is performed. If the EGR gas supply temperature exceeds the upper limit of the allowable range including the target value after being performed, the distribution of the air-fuel mixture formed in the cylinder by the fuel injected from the fuel injection valve is supplied to the cylinder. The system may further comprise a distribution change preventing means for executing a predetermined operation on the internal combustion engine that can prevent the EGR gas and the intake air from changing with a temperature difference. When the EGR gas supply temperature exceeds the upper limit of the allowable range, the relatively high temperature EGR gas is biased toward the center in the cylinder due to the temperature difference between the EGR gas supplied to the cylinder and the air. As a result, the temperature of the atmosphere in the center of the cylinder rises, so that the evaporation of the fuel spray injected from the fuel injection valve is accelerated. This makes it difficult for the air-fuel mixture to reach the vicinity of the inner peripheral surface of the cylinder and changes the distribution of the air-fuel mixture formed in the cylinder. That is, harmful components in the exhaust gas may increase. According to this aspect, since the predetermined operation that can prevent the change in the distribution of the air-fuel mixture is performed on the internal combustion engine, it is possible to prevent the exhaust performance from deteriorating due to the fuel injection by the fuel supply means. The predetermined operation may be any operation that can prevent a change in the mixture distribution.
例えば、前記内燃機関は、前記燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を変更でき、前記燃料噴射弁による燃料噴射を、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも前に行われるパイロット噴射とに分割するパイロット噴射モードを実行でき、かつ前記メイン噴射及び前記パイロット噴射のそれぞれの燃料噴射時期とそれぞれの燃料噴射量とを変更できるように構成されており、前記分布変化防止手段は、前記所定操作として、前記燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を増圧させる操作、前記パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及び前記メイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを前記内燃機関に対して実行してもよい(請求項8)。燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を増圧させる操作、パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及びメイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作はいずれも混合気の分布の変化を抑える効果があるので、これらの操作のすべてを行ってもよいし、これらの操作から選ばれた二つの操作を行ってもよい。 For example, the internal combustion engine can change the fuel injection pressure by the fuel injection valve, and the fuel injection by the fuel injection valve is performed at a predetermined timing with a main injection performed at a predetermined timing and a smaller amount of fuel than the main injection. The pilot injection mode can be executed to divide into pilot injection performed before, and each fuel injection timing and each fuel injection amount of the main injection and the pilot injection can be changed, The distribution change preventing means retards the operation of increasing the fuel injection pressure by the fuel injection valve, the operation of decreasing the fuel injection amount of the pilot injection, and the fuel injection timing of the main injection as the predetermined operation. At least one of the operations may be performed on the internal combustion engine (claim 8). The operation of increasing the fuel injection pressure by the fuel injection valve, the operation of decreasing the fuel injection amount of the pilot injection, and the operation of delaying the fuel injection timing of the main injection all have the effect of suppressing changes in the mixture distribution. Therefore, all of these operations may be performed, or two operations selected from these operations may be performed.
本発明の排気還流装置の一態様においては、前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有した圧縮着火型内燃機関として構成されており、前記排気還流通路を流れるガスの流量を調整できる調整弁と、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に前記調整弁を開き側に制御する通路壁温度制御手段と、を更に備えてもよい(請求項9)。この態様によれば、調整弁が開き側に制御されるときにシリンダを経由した空気が排気還流通路に導かれるので、排気通路の通路壁の温度を下げることができる。調整弁の開き側の開度は適宜に定めればよく、例えば調整弁を全開に制御してもよい。 In one aspect of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention, the internal combustion engine is configured as a compression ignition type internal combustion engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder, and the gas flowing through the exhaust gas recirculation passage is arranged. An adjustment valve capable of adjusting the flow rate, and a passage wall temperature control means for controlling the adjustment valve to open when the engine speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted. Furthermore, you may provide (Claim 9). According to this aspect, since the air passing through the cylinder is guided to the exhaust gas recirculation passage when the regulating valve is controlled to open, the temperature of the passage wall of the exhaust passage can be lowered. The opening on the opening side of the regulating valve may be determined as appropriate. For example, the regulating valve may be controlled to be fully opened.
この態様において、前記内燃機関には、前記残りの吸気ポートを含む吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気還流通路が接続される位置よりも下流側の前記排気通路に設けられたタービンと、最大開度から最小開度までの間で可動することにより前記タービンの入口を絞ることができる可動部材とを有し、前記コンプレッサと前記タービンとが一体回転可能に組み合わされた可変容量型のターボチャージャーが設けられており、前記通路壁温度制御手段は、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に、前記調整弁が全開となり、かつ前記可動部材の開度が閉じ側となるように前記調整弁及び前記可動部材をそれぞれ制御してもよい(請求項10)。この場合は、可動部材の開度を閉じ側に制御することによってタービン上流の排気通路の圧力である背圧が上昇するため、排気還流通路の入口と出口との差圧を大きくすることができる。これにより、排気還流通路を通過する空気を増加させることができる。 In this aspect, the internal combustion engine includes a compressor provided in an intake passage including the remaining intake port, a turbine provided in the exhaust passage downstream of a position where the exhaust recirculation passage is connected, A variable capacity turbocharger having a movable member capable of restricting an inlet of the turbine by moving between a maximum opening and a minimum opening, and the compressor and the turbine are combined so as to be integrally rotatable. A charger is provided, and the passage wall temperature control means is configured such that when the engine speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted, the adjustment valve is fully opened, and You may control the said adjustment valve and the said movable member, respectively so that the opening degree of a movable member may become a close side (Claim 10). In this case, since the back pressure, which is the pressure in the exhaust passage upstream of the turbine, is increased by controlling the opening of the movable member to the closed side, the differential pressure between the inlet and outlet of the exhaust gas recirculation passage can be increased. . Thereby, the air passing through the exhaust gas recirculation passage can be increased.
また、前記内燃機関には、前記内燃機関には、前記残りの吸気ポートを含む吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気還流通路が接続される位置よりも下流側の前記排気通路に設けられたタービンと、最大開度から最小開度までの間で可動することにより前記タービンの入口を絞ることができる可動部材とを有し、前記コンプレッサと前記タービンとが一体回転可能に組み合わされた可変容量型のターボチャージャーが設けられており、前記通路壁温度制御手段は、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に、前記調整弁が全開となり、かつ前記可動部材の開度が開き側となるように前記調整弁及び前記可動部材をそれぞれ制御してもよい(請求項11)。この場合は、可動部材の開度が開き側に制御することによって吸気通路内の圧力である過給圧が下がるため、排気還流通路の入口と出口との差圧を大きくすることができる。これにより、これにより、排気還流通路を通過する空気を増加させることができる。 In the internal combustion engine, the internal combustion engine is provided in the exhaust passage downstream of the position where the compressor provided in the intake passage including the remaining intake port and the exhaust gas recirculation passage are connected. And a movable member capable of restricting the inlet of the turbine by moving between a maximum opening and a minimum opening, and the compressor and the turbine are combined so as to be integrally rotatable. A capacity-type turbocharger is provided, and the passage wall temperature control means opens the regulating valve when the engine speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted. And the adjustment valve and the movable member may be controlled so that the opening degree of the movable member is on the open side. In this case, since the supercharging pressure, which is the pressure in the intake passage, is reduced by controlling the opening of the movable member to the open side, the differential pressure between the inlet and the outlet of the exhaust gas recirculation passage can be increased. Thereby, the air passing through the exhaust gas recirculation passage can thereby be increased.
本発明の排気還流装置の一態様においては、前記EGRガス温度制御手段は、前記燃料供給手段が噴射した燃料によって冷却されたEGRガスが前記一部の吸気ポートを経由して前記シリンダに到達する到達時期が前記シリンダの吸気行程に同期するように、前記燃料供給手段による燃料の噴射時期を制御してもよい(請求項12)。冷却後のEGRガスがシリンダ内に供給されるまで排気還流通路内に留まっていると、一旦冷却されたEGRガスが排気還流通路の壁等から受熱することにより、冷却したEGRガスの温度が上昇してしまう。そのような温度上昇を避けるために燃料供給手段から多くの燃料を噴射させると燃料噴射量が増大する。この態様によれば、シリンダに供給されるEGRガスを狙い打ちして冷却できるので、結果として燃料供給手段による燃料噴射が間欠的なものとなる。その結果、燃料消費量が抑えられるためEGRガスの冷却効率が向上する。 In one aspect of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention, the EGR gas temperature control means has the EGR gas cooled by the fuel injected by the fuel supply means reaches the cylinder via the partial intake port. The fuel injection timing by the fuel supply means may be controlled so that the arrival time is synchronized with the intake stroke of the cylinder. If the cooled EGR gas stays in the exhaust gas recirculation passage until it is supplied into the cylinder, the cooled EGR gas receives heat from the wall of the exhaust gas recirculation passage, etc., and the temperature of the cooled EGR gas rises. Resulting in. When a large amount of fuel is injected from the fuel supply means in order to avoid such a temperature rise, the fuel injection amount increases. According to this aspect, the EGR gas supplied to the cylinder can be targeted and cooled, and as a result, fuel injection by the fuel supply means becomes intermittent. As a result, the fuel consumption is suppressed, and the cooling efficiency of the EGR gas is improved.
以上説明したように、本発明によれば、シリンダ内に供給されるEGRガスのEGRガス供給温度とシリンダ内に供給される空気の温度との温度差が所定範囲内に収まるように設定された目標温度にEGRガス供給温度が制御されるので、シリンダ内に供給されるEGRガスと空気との温度差の変化を緩和することができる。その結果、シリンダ内にEGRガスを供給した際の燃焼悪化を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the temperature difference between the temperature of air supplied to the EGR gas supply temperature and the cylinder of the EGR gas supplied into the cylinder is set so as to fall within a predetermined range Since the EGR gas supply temperature is controlled to the target temperature, the change in the temperature difference between the EGR gas supplied into the cylinder and the air can be mitigated. As a result, deterioration of combustion when EGR gas is supplied into the cylinder can be suppressed.
(第1の形態)
図1は本発明の一形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関1は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、4つのシリンダ2が一列に並べられた直列4気筒の圧縮着火型のディーゼルエンジンとして構成されている。各シリンダ2は機関本体3に設けられており、各シリンダ2には不図示のピストンが往復運動自在に設けられ、ピストンの往復運動がクランクシャフト4の回転運動に変換されて出力される。各シリンダ2の天井面には燃料噴射弁5がその先端をシリンダ2内に臨ませるようにしてシリンダ2の中央部に設けられている。燃料噴射弁5は不図示のコモンレールに接続されて所定燃圧の燃料が供給されるようになっている。
(First form)
FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine to which an exhaust gas recirculation apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The
各シリンダ2には吸気通路6及び排気通路7が接続される。吸気通路6はシリンダ2毎に設けられた二つの吸気ポート8、9と、各吸気ポート8が接続される第1の吸気マニホールド10と、各吸気ポート9が接続される第2の吸気マニホールド11と、これらの吸気マニホールド10、11を連通させる連通路12とを含んでいる。一方、排気通路7はシリンダ2毎に設けられた二つの排気ポート13と、各排気ポート13が接続される排気マニホールド14とを含んでいる。各吸気ポート8、9は不図示の吸気弁により、各排気ポート18は不図示の排気弁によりそれぞれ開閉される。吸気弁及び排気弁は不図示の動弁装置にてシリンダ2毎の開閉タイミングがクランク角にして180°CAずれるように開閉駆動される。
An
内燃機関1には連通路12を開閉する開閉弁15が設けられている。開閉弁15によって連通路12が閉鎖されると、吸気通路6に導かれる空気は第1の吸気マニホールド10に導かれた後、吸気ポート8のみを経由してシリンダ2内に供給される。一方、開閉弁15によって連通路12が開通されると、吸気通路6に導かれる空気は第1の吸気マニホールド10及び第2の吸気マニホールド11のそれぞれへ導かれた後、二つの吸気ポート8、9を経由してシリンダ2内に供給される。二つの吸気ポート8、9を経由して所定のガスが吸入されることにより、シリンダ2内にはその中心線と交差する平面内を旋回するスワールが生成されるように、これらの吸気ポート8、9が構成されている。
The
内燃機関1には排気通路7から取り出した排気の一部をEGRガスとしてシリンダ2内に供給する排気還流装置16が設けられている。排気還流装置16は排気マニホールド14と第2の吸気マニホールド11とを接続する排気還流通路17と、排気還流通路17を流れるガスの流量を調整できる調整弁としての排気還流弁18と、排気還流通路17を流れるガスを冷却するための冷却装置19とを備えている。上述した開閉弁15にて連通路12が閉鎖された状態で排気還流弁18が開かれることにより、排気通路7からEGRガスが取り出される。そのEGRガスは空気と混合されずに排気還流通路17、第2の吸気マニホールド11及び吸気ポート9を経由して各シリンダ2へ供給される。つまり、排気還流装置1はEGRガスを吸気ポート9のみを経由させてシリンダ2内に供給することができる。二つの吸気ポート8、9が本発明に係る複数の吸気ポートに相当し、吸気ポート9が本発明に係る一部の吸気ポートに、吸気ポート8が本発明に係る残りの吸気ポートにそれぞれ相当する。なお、開閉弁15にて連通路が開通された状態で排気還流弁18が開かれた場合には排気通路7から取り出されたEGRガスは二つの吸気ポート8、9を経由してシリンダ2内に供給される。以下の説明では、開閉弁15にて連通路12が閉鎖された状態を片ポート経由状態と称する場合がある。
The
また、排気還流装置16は、EGRガスが片ポート経由状態でシリンダ2内に供給された際の温度(EGRガス供給温度)を調整するため、排気還流通路17内に燃料を噴射できる燃料供給手段としての燃料添加弁20を更に備えている。燃料添加弁20には所定燃圧の燃料が供給される。燃料添加弁20にて燃料が排気通路17内に噴射されることにより噴射燃料が気化し、その気化潜熱を利用してEGRガスを冷却することができる。排気還流通路17に噴射される燃料量が変化するとその燃料がEGRガスから奪う熱量が変わるので、燃料添加弁20による燃料噴射量を調整することによりEGRガス供給温度を調整することができる。つまり、燃料添加弁20は本発明に係るEGRガス温度調整手段として機能する。
Further, the exhaust
また、内燃機関1には、過給を行うための可変容型のターボチャージャー21が設けられている。ターボチャージャー21は吸気通路6に配置されたコンプレッサ21aと、排気還流通路17の接続位置17aよりも下流側の排気通路7に配置されたタービン21bとを有しており、コンプレッサ21aとタービン21bとは一体回転可能に組み合わされる。ターボチャージャー21はタービン21bの入口に設けられて最大開度から最小開度までの間で可動することによりその入口を絞ることができる可動部材としての可動ベーン21cを更に備えている。また、コンプレッサ21aよりも下流側の吸気通路6には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ22が設けられている。
Further, the
図1に示すように、排気還流装置16の制御は、内燃機関1の運転状態を適正に制御するためのコンピュータとして設けられたエンジンコントロールユニット(ECU)30にて実施される。ECU30はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なROM、RAM等の周辺装置を備えていて、各種センサからの信号に基づいて内燃機関1の各部を制御する。例えば、ECU30は燃料噴射弁5を操作して燃料噴射量や燃料噴射時期の制御を行う他、開閉弁15を操作して吸気系の経路を切り替える制御やターボチャージャー21の可動ベーン21cの開度制御等を内燃機関1の運転状態に応じて実行する。ECU30に接続されるセンサとしては、内燃機関1の機関回転数(回転速度)に応じた信号を出力するクランク角センサ31や吸気通路6内を流れる空気の温度(吸気温)に応じた信号を出力する吸気温センサ32が設けられる。この他にも種々のセンサがECU30に接続されるが、これらは本発明の要旨と関連性しないため図示を省略する。
As shown in FIG. 1, the exhaust
以下、本発明に関連してECU30が実行する制御について説明する。図2はECU30が実行する排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはECU30のROMに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。この制御ルーチンは上述した片ポート経由状態の場合に実施される。ECU30は、まずステップS1で内燃機関1の運転状態として例えば機関回転数Ne、燃料噴射量Q及び吸気温度Taをそれぞれ取得する。機関回転数Neはクランク角センサ31の信号に基づいて取得される。燃料噴射量Qとしては図2と並行して実行される燃料噴射制御(不図示)の演算結果が使用される。吸気温度Taは吸気温度センサ32からの信号に基づいて取得される。次に、ステップS2において、シリンダ2内に供給すべきEGRガスの流量(EGR量)を内燃機関1の運転状態に応じて算出する。次に、ステップS3において、ECU30は算出したEGR量が得られるように排気還流弁18の開度を制御する。
Hereinafter, the control executed by the
次に、ECU30は片ポート経由状態でシリンダ2に供給されるEGRガスの温度(EGRガス供給温度)Tpを取得する。EGRガス供給温度Tpは内燃機関1の排気温度と機関回転数とに相関して変化するので、予め特定した相関関係に基づいて推定することができる。また、排気還流通路17に温度センサを設けてこれから直接的に取得することも可能である。次に、ステップS5において、EGRガス供給温度Tpの目標温度Ttrgを設定する。この目標温度Ttrgはシリンダ2内に吸気ポート9を経由して供給されるEGRガスと吸気ポート8を経由して供給される空気との温度差が所定範囲内に収まるように、吸気ポート8を経由して供給される空気の温度を考慮して設定される。目標温度Ttrgの設定に考慮される温度としてはステップS1で取得した吸気温度Taを使用する。目標温度Ttrgの設定は、吸気温度Taを変数として目標温度Ttrgを与えるマップを準備し、そのマップをECU30が参照することにより実現することができる。
Next, the
次に、ステップS6において、EGRガス供給温度Tpが目標温度Ttrgよりも大きいか否かを判定する。温度Tpが目標温度Ttrgよりも高い場合はステップS7に進み、温度Tpが目標温度Ttrg以下の場合は燃料添加弁20から燃料を噴射させる処理(冷却制御)を実行する必要がないので、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。 Next, in step S6, it is determined whether the EGR gas supply temperature Tp is higher than the target temperature Ttrg. When the temperature Tp is higher than the target temperature Ttrg, the process proceeds to step S7, and when the temperature Tp is equal to or lower than the target temperature Ttrg, it is not necessary to execute the process of injecting fuel from the fuel addition valve 20 (cooling control). The processing is skipped and the current routine is terminated.
ステップS7では、燃料添加弁20から噴射させるべき燃料量(燃料供給量)qを算出する。その算出は次の手順で行う。
In step S7, a fuel amount (fuel supply amount) q to be injected from the
(1)まず、EGRガス供給温度Tpを目標温度Ttrgまで低下させるために必要な要求温度低下量ΔTpをEGRガス供給温度Tpと目標温度Ttrgとの差に応じて算出する。 (1) First, a required temperature decrease amount ΔTp required for reducing the EGR gas supply temperature Tp to the target temperature Ttrg is calculated according to the difference between the EGR gas supply temperature Tp and the target temperature Ttrg.
(2)次に、要求温度低下量ΔTpに基づいてEGRガスの単位量当たりの最大燃料供給量qmax1を算出する。燃料添加弁20から噴射される燃料が増えると気化しきれない燃料が出てくるため、EGRガスの温度低下量は燃料供給量に対して比例関係にならない。そのため、要求温度低下量ΔTpに対して完全に気化できる燃料供給量の上限を最大燃料供給量qmax1として特定するマップを実験的に作成してECU30のROMに記憶させておき、ECU30がそのマップを参照することによって要求温度低下量ΔTpに対応する最大燃料供給量qmax1が算出される。図3はそのマップの一例を示している。この図に示すように、要求温度低下量ΔTpに対応する最大燃料供給量qmax1が燃料供給量qの候補の一つとして算出される。
(2) Next, the maximum fuel supply amount qmax1 per unit amount of EGR gas is calculated based on the required temperature decrease amount ΔTp. When the amount of fuel injected from the
(3)次に、排気通路7から取り出される排気の排気温度Teに基づいてEGRガスの単位量当たりの最大燃料供給量qmax2を算出する。排気温度Teは排気還流通路17の入口におけるEGRガスの温度と同義であり、内燃機関1の機関回転数と負荷(燃料噴射量)とに基づいて推定される。最大燃料供給量qmax2は噴射燃料が完全に気化でき、かつ排気温度Teの雰囲気で自着火しない上限値として算出される。具体的には、図4に示すような排気温度Teを変数として最大燃料供給量qmax2を与えるマップを実験的に作成してECU30のROMに記憶させておき、ECU30がこのマップを参照することにより最大燃料供給量qmax2が燃料供給量qの候補の一つとして算出される。
(3) Next, the maximum fuel supply amount qmax2 per unit amount of EGR gas is calculated based on the exhaust temperature Te of the exhaust gas taken out from the
(4)次に、排気還流通路17の所定位置a(図1参照)における通路壁温度Twaに基づいてEGRガスの単位量当たりの最大燃料供給量qmax3を燃料供給量qの候補の一つとして算出する。具体的には、(3)の場合と同様に、図5に示すような通路壁温度Twaを変数として最大燃料供給量qmax3を与えるマップを実験的に作成してECU30のROMに記憶させておき、ECU30がこのマップを参照することにより最大燃料供給量qmax3が燃料供給量qの候補の一つとして算出される。このマップは、気化した燃料が排気還流通路17の通路壁に触れた場合でも自着火しない上限値として最大燃料供給量qmax3が与えられる。同様に、図6に示すように、他の所定位置b(図1参照)における通路壁温度Twbに基づいてEGRガスの単位量当たりの最大燃料供給量qmax4を燃料供給量qの候補の一つとして算出する。通路壁温度Twa、Twbは温度センサより直接測定してもよいし、所定の実験式から推定してもよい。また、所定位置の数は任意であり、位置a、b以外の位置に関する通路壁温度に基づいて燃料供給量qの候補を算出してもよい。
(4) Next, based on the passage wall temperature Twa at the predetermined position a (see FIG. 1) of the exhaust
(5)最後に、燃料供給量qの複数の候補として算出された最大燃料供給量qmax1、qmax2、qmax3、qmax4の中から最小のものを特定し、その特定された最大燃料供給量にEGR量を乗じることによって燃料供給量qを算出する。 (5) Finally, a minimum one of the maximum fuel supply amounts qmax1, qmax2, qmax3, and qmax4 calculated as a plurality of candidates for the fuel supply amount q is specified, and the EGR amount is specified as the specified maximum fuel supply amount. The fuel supply amount q is calculated by multiplying.
以上のように燃料供給量qが算出された後、続くステップS8において、ECU30は、燃料供給量qに相当する燃料が燃料添加弁20から噴射されるように燃料添加弁20を制御して今回のルーチンを終了する。
After the fuel supply amount q is calculated as described above, in the subsequent step S8, the
図2の制御ルーチンが繰り返し実行されることにより、EGRガス供給温度Tpが目標温度Ttrgとなるように調整されるため、シリンダ2内に供給されるEGRガスと空気との温度差が過大になることを防止できる。
Since the EGR gas supply temperature Tp is adjusted to the target temperature Ttrg by repeatedly executing the control routine of FIG. 2, the temperature difference between the EGR gas supplied into the
次に、ECU30が実行する燃料供給禁止制御について図7を参照して説明する。図7は燃料供給禁止制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。図7のルーチンは図2のルーチンと並行して所定間隔で繰り返し実行される。
Next, fuel supply prohibition control executed by the
ECU30は、まずステップS11において、排気還流通路17の所定位置aにおける通路壁温度Twaを取得する。この形態では上述と同一位置の通路壁温度を取得しているが、その位置とは異なる位置の通路壁温度を取得してもよい。この通路壁温度Twaは上述と同様の方法で取得することができる。次に、ステップS12において、通路壁温度Twaが所定値Twth以下か否かを判定する。所定値Twthは気化が不十分になるおそれがある通路壁温度の上限値であり実験的に設定される。従って、通路壁温度Twaが所定値Twh以下の場合は、燃料添加弁20から燃料を噴射させると燃料の気化が不十分となるのでステップS13に進み、冷却制御が禁止されるように、つまり燃料添加弁20からの燃料噴射が禁止されるように燃料添加弁20の動作を制御して今回のルーチンを終了する。一方、通路壁温度Twaが所定値Twhよりも高い場合は冷却制御を禁止する必要がないので、ステップS13をスキップして今回のルーチンを終了する。
In step S11, the
図7の制御によれば、通路壁温度が所定値以下の場合に燃料添加弁20からの燃料噴射が禁止されるので、排気還流通路17への燃料付着が回避される。これにより、排気還流通路17の詰まりを確実に回避できる。
According to the control of FIG. 7, fuel injection from the
第1の形態において、ECU30は、図2のステップS4〜ステップS10を実行することにより、本発明に係るEGRガス温度制御手段として、同図のステップS9を実行することにより、本発明に係る候補算出手段及び燃料供給量算出手段として、図7のルーチンを実行することにより、本発明に係る燃料供給禁止手段として、それぞれ機能する。
In the first embodiment, the
(第2の形態)
次に、図8を参照して本発明の第2の形態を説明する。以下、第1の形態と共通の構成についての説明を省略する。この形態は燃料添加弁20による燃料の噴射(冷却制御)の実行に伴う内燃機関1の燃焼状態の変動を抑えることに特徴がある。この形態においては内燃機関1がパイロット噴射モードを実行できるように構成されている。即ち、内燃機関1は燃料噴射弁による燃料噴射を、所定時期に行われるメイン噴射と、メイン噴射よりも少量の燃料にてそれよりも前に行われるパイロット噴射とに分割することができ、かつメイン噴射及びパイロット噴射のそれぞれの燃料噴射時期とそれぞれの燃料噴射量とを変更できるように構成されている。更に、内燃機関1は燃料噴射弁5による燃料噴射圧を変更できるように構成されている。
(Second form)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, description of the configuration common to the first embodiment is omitted. This embodiment is characterized in that the fluctuation of the combustion state of the
冷却制御が実行されると、燃料添加弁20にて噴射された燃料は気化した後にEGRガスとともにシリンダ2内に供給される。そのため、燃料噴射弁5にてシリンダ2内に燃料を噴射する前にシリンダ2内の燃料濃度が高くなって圧縮行程における着火時期が早まる他、EGRガスと空気との温度差に起因してシリンダ2内に形成される混合気の分布が変化するなどの燃焼変動を招く現象が生じる。その結果、燃料供給手段にて燃料を供給しない通常時と比べて排気中の有害成分が増加するおそれがある。そこで、この形態では、そのような燃焼変動が起こらないように、図2及び図7の制御とともに図8の燃焼変動防止制御を実行する。
When the cooling control is executed, the fuel injected by the
図8は燃焼変動防止制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはECU30のROMに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。まず、ECU30はステップS21において、冷却制御が実行中であるか否かを判定する。冷却制御が実行中である場合はステップS22に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a control routine for combustion fluctuation prevention control. The program of this routine is held in the ROM of the
ステップS22では、EGRガス供給温度Tpが目標温度Ttrgを含む許容範囲内に収まっているか否かを判定する。許容範囲内に収まっている場合は、ステップS23に進み、シリンダ2内での燃料の着火時期が早まることを防止するため早期着火防止制御を行う。早期着火防止制御では、ECU30はパイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及びメイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを内燃機関1に対して実行する。これらの操作はいずれも着火時期の早まりを抑える効果があるので、これらの両者を同時に実行してもよい。
In step S22, it is determined whether or not the EGR gas supply temperature Tp is within an allowable range including the target temperature Ttrg. If it is within the allowable range, the process proceeds to step S23, and early ignition prevention control is performed to prevent the ignition timing of fuel in the
EGRガス供給温度Tpが許容範囲外の場合には、ステップS24に進んでEGRガス供給温度Tpが許容範囲の上限より高いか否かを判定する。EGRガス供給温度Tpがその上限よりも高い場合はステップS25に進み、そうでない場合はステップS25をスキップしてステップS26に進む。 When the EGR gas supply temperature Tp is out of the allowable range, the process proceeds to step S24 to determine whether or not the EGR gas supply temperature Tp is higher than the upper limit of the allowable range. If the EGR gas supply temperature Tp is higher than the upper limit, the process proceeds to step S25, and if not, the process skips step S25 and proceeds to step S26.
ステップS25では、ECU30は分布変化防止制御を実行する。EGRガス供給温度が許容範囲の上限を超えている場合、シリンダ2に供給されるEGRガスと空気との温度差により、相対的に高温のEGRガスがシリンダ2内の中央に偏る。これにより、シリンダ2の中央の雰囲気の温度が上昇するため燃料噴射弁5から噴射された燃料噴霧の蒸発が早まる。そのため、シリンダ2の内周面付近まで混合気が到達し難くなってシリンダ2内に形成される混合気の分布が変化する。分布変化防止制御はこのような混合気の分布の変化を防止するために行われる。この分布変化防止制御では、ECU30は燃料噴射弁5による燃料の噴射圧力を増圧させる操作、パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及びメイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを内燃機関1に対して実行する。これらの操作はいずれも混合気の分布の変化を抑える効果があるので、これらの操作のすべてを行ってもよいし、これらの操作から選ばれた二つの操作を行ってもよい。
In step S25, the
ステップS26では、燃料添加弁20による燃料供給量を考慮してメイン噴射の噴射量を補正して今回のルーチンを終了する。
In step S26, the injection amount of the main injection is corrected in consideration of the fuel supply amount by the
図8の制御によれば、EGRガス供給温度Tpに応じて早期着火防止制御と分布変化防止制御とが適宜に実行されて、シリンダ2内の燃料の早期着火と混合気の分布変化とが防止されるので、冷却制御に伴うシリンダ2内の燃焼変動を防止することができる。
According to the control of FIG. 8, the early ignition prevention control and the distribution change prevention control are appropriately executed according to the EGR gas supply temperature Tp to prevent the early ignition of the fuel in the
第2の形態において、ECU30は第1の形態と同様に本発明に係るEGRガス温度制御手段、候補算出手段、燃料供給量算出手段及び燃料供給禁止手段としてそれぞれ機能するとともに、図8のステップS23を実行することにより、本発明に係る早期着火防止手段として、図8のステップS25を実行することにより、本発明に係る分布変化防止手段として、それぞれ機能する。
In the second mode, the
(第3の形態)
次に、図9を参照して本発明の第3の形態を説明する。以下、第1の形態と共通の構成についての説明を省略する。この形態は、冷却制御の実行条件が成立後の特定の条件で排気還流弁18の操作とターボチャージャー21の可動ベーン21cの操作とを連係させて排気還流通路17に空気を通過させることに特徴がある。図9は第3の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。なお、図2と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。図9から明らかなように、この形態の制御ルーチンは図2のステップS7とステップS8との間に、ステップS31〜ステップS32を挿入したものである。即ち、EGRガス供給温度Tpを低下させる必要がある場合に、ECU30はステップS31において内燃機関1の機関回転速度が減速中でかつ燃料噴射弁5による燃料噴射が中断されている(燃料カット)か否かを判定する。
(Third form)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, description of the configuration common to the first embodiment is omitted. This embodiment is characterized in that the air is passed through the exhaust
燃料カット時にはシリンダ2内で燃焼が起きないため、吸気通路6に導かれた空気がシリンダ2を経由して排気通路7に排出される。そのため、排気還流弁18の開度を開き側に制御することにより、排気通路7に排出された空気を排気還流通路17に導くことができる。そこで、内燃機関1の機関回転速度が減速中でかつ燃料噴射弁5による燃料噴射が中断されている場合には、ステップS32に進み、排気還流弁18の開度を開き側の開度として全開に制御し、続くステップS33において排気還流通路17の入口と出口との差圧が増加して排気還流通路17を通過する空気が多くなるように可動ベーン21cの開度を制御する。可動ベーン21cの開度を閉じ側に制御して背圧を上げることも、その開度を開き側に制御して過給圧を下げることも、排気還流通路17の出口と入口との差圧を増加させることに寄与するが、内燃機関1の運転状態によってその寄与の度合いが相違する。従って、ステップS33では、内燃機関1の運転条件に応じて、より多くの空気が排気還流通路17を流れる高い方向に可動ベーン21cの開度を制御する。例えば、この可動ベーン21cの開度制御は、可動ベーン21cの開度と排気還流通路17を通過する空気量との関係を種々の運転条件に対応させて実験的に定めたマップをECU30のROMに記憶させておき、排気還流通路17を通過する空気量が現在の運転状態で最大となる可動ベーン21cの開度をそのマップから検索することによって実現することができる。
Since combustion does not occur in the
図9の制御によれば、排気還流通路17内に空気を通過させることにより、燃料を通路壁に付着させることなく通路壁温度を低下させることができる。
According to the control of FIG. 9, the passage wall temperature can be lowered by allowing air to pass through the exhaust
第3の形態において、ECU30は図9のルーチンを実行することにより、第1の形態と同様に本発明に係るEGRガス温度制御手段、候補算出手段及び燃料供給量算出手段としてそれぞれ機能するとともに、図9のステップS31〜ステップS33を実行することにより、本発明に係る通路壁温度制御手段として機能する。
In the third mode, the
(第4の形態)
次に、図10を参照して本発明の第3の形態を説明する。以下、第1の形態と共通の構成についての説明を省略する。この形態は、燃料添加弁20からの燃料噴射を間欠的に実施することに特徴がある。図10は、燃料添加弁20による燃料噴射と各シリンダ2の吸気行程における吸気弁のリフトとの対応関係を示したタイミングチャートである。図10における#1〜#4は気筒番号であり、これらは図1の左から右へのシリンダ2の並び順に対応する。燃料添加弁20による燃料噴射は噴射時期t1〜t4のそれぞれに分割されていて、間欠的なものとなっている。燃料添加弁20の燃料噴射で冷却されたEGRガスがシリンダ2に到達するまでに要する時間がαである。この図から明らかなように、燃料添加弁20の燃料噴射によって冷却されたEGRガスが#1のシリンダ2に到達する到達時期x1がその吸気行程に同期するように、燃料添加弁20による燃料噴射時期t1が設定されている。同様に、到達時期x2〜x4がその他のシリンダ2の吸気行程に同期するように燃料噴射時期t2〜t4がそれぞれ設定されている。
(4th form)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, description of the configuration common to the first embodiment is omitted. This embodiment is characterized in that fuel injection from the
時間αは内燃機関1の機関回転数に相関するため、機関回転数毎に時間αを特定するマップを実験的に作成してECU30のROMに記憶させておき、ECU30がそのマップを参照することにより、機関回転数に応じた時間αを算出することができる。また、各シリンダ2の吸気行程はクランク角センサ31からの信号で特定できる。これにより、ECU30は上記の到達時期と各シリンダ2の吸気行程とが同期するように燃料噴射時期を制御することができる。
Since the time α correlates with the engine speed of the
この形態によれば、シリンダ2に供給されるEGRガスを狙い打ちして冷却できるので燃料添加弁20による燃料噴射が間欠的なものとなる。つまり、図10の時刻t1から時刻t4までの間に連続して燃料噴射を行う場合よりも燃料の無駄が少ない。その結果、燃料添加弁20による燃料消費量が抑えられるためEGRガスの冷却効率が向上する。この形態の燃料噴射は上述した各形態に適用することができる。
According to this embodiment, since the EGR gas supplied to the
1 内燃機関
2 シリンダ
5 燃料噴射弁
6 吸気通路
7 排気通路
8 吸気ポート(残りの吸気ポート)
9 吸気ポート(一部の吸気ポート)
16 排気還流装置
17 排気還流通路
18 排気還流弁(調整弁)
20 燃料添加弁(EGRガス温度調整手段、燃料供給手段)
21 ターボチャージャー
21a コンプレッサ
21b タービン
21c 可動ベーン(可動部材)
30 ECU(EGRガス温度制御手段、候補算出手段、燃料供給量算出手段、燃料供給禁止手段、早期着火防止手段、分布変化防止手段、通路壁温度制御手段)
1
9 Intake port (some intake ports)
16 Exhaust
20 Fuel addition valve (EGR gas temperature adjustment means, fuel supply means)
21
30 ECU (EGR gas temperature control means, candidate calculation means, fuel supply amount calculation means, fuel supply prohibition means, early ignition prevention means, distribution change prevention means, passage wall temperature control means)
Claims (12)
前記一部の吸気ポートのみを経由して前記シリンダに供給されるEGRガスの温度であるEGRガス供給温度を調整できるEGRガス温度調整手段と、前記EGRガス供給温度と前記複数の吸気ポートのうちの残りの吸気ポートを経由して前記シリンダに供給される空気の温度との温度差が所定範囲内に収まるように、前記EGRガス供給温度の目標温度を設定する目標設定手段と、前記EGRガス供給温度が前記目標設定手段にて設定された前記目標温度となるように、前記EGRガス温度調整手段を制御するEGRガス温度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 This is applied to an internal combustion engine provided with a plurality of intake ports for one cylinder, and a part of the exhaust extracted from the exhaust passage of the internal combustion engine passes only through some of the intake ports. In the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can be supplied as EGR gas into the cylinder,
EGR gas temperature adjusting means capable of adjusting EGR gas supply temperature, which is the temperature of EGR gas supplied to the cylinder via only the partial intake port, and among the EGR gas supply temperature and the plurality of intake ports Target setting means for setting a target temperature of the EGR gas supply temperature so that a temperature difference from the temperature of the air supplied to the cylinder via the remaining intake port of the engine falls within a predetermined range; and the EGR gas An exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, comprising: EGR gas temperature control means for controlling the EGR gas temperature adjustment means so that a supply temperature becomes the target temperature set by the target setting means .
前記EGRガス温度調整手段として、前記排気還流通路内に燃料を噴射できる燃料供給手段が設けられ、
前記EGRガス温度制御手段は、前記EGRガス供給温度が前記目標温度よりも高い場合に前記EGR通路内に燃料が噴射されるように前記燃料供給手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流装置。 An exhaust gas recirculation passage connected to the exhaust passage for guiding EGR gas;
As the EGR gas temperature adjusting means, a fuel supply means capable of injecting fuel into the exhaust gas recirculation passage is provided,
The EGR gas temperature control means controls the fuel supply means so that fuel is injected into the EGR passage when the EGR gas supply temperature is higher than the target temperature. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine as described.
前記燃料供給手段による燃料噴射が行われた後に前記EGRガス供給温度が前記目標値を含む許容範囲内に収まっている場合、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の着火時期が早まることを防止できる所定操作を前記内燃機関に対して実行する早期着火防止手段を更に備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine is configured as a compression ignition type engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder,
When the EGR gas supply temperature is within the allowable range including the target value after the fuel injection by the fuel supply means is performed, the ignition timing of the fuel injected by the fuel injection valve is prevented from being advanced. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, further comprising early ignition prevention means for performing a predetermined operation that can be performed on the internal combustion engine.
前記早期着火防止手段は、前記所定操作として、前記パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及び前記メイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを前記内燃機関に対して実行することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine divides fuel injection by the fuel injection valve into main injection performed at a predetermined time and pilot injection performed before the predetermined time with a smaller amount of fuel than the main injection. And the fuel injection timing and the fuel injection amount of the main injection and the pilot injection can be changed.
The early ignition preventing means performs, as the predetermined operation, at least one of an operation of reducing the fuel injection amount of the pilot injection and an operation of retarding the fuel injection timing of the main injection for the internal combustion engine. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 5.
前記燃料供給手段による燃料噴射が行われた後に前記EGRガス供給温度が前記目標値を含む許容範囲の上限を超えている場合、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の蒸発が早まることを防止できる所定操作を前記内燃機関に対して実行する早期蒸発防止手段を更に備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine is configured as a compression ignition type internal combustion engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder,
When the EGR gas supply temperature exceeds the upper limit of the allowable range including the target value after the fuel injection by the fuel supply means is performed, evaporation of the fuel injected by the fuel injection valve is prevented from being accelerated. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, further comprising an early evaporation preventing unit that executes a predetermined operation that can be performed on the internal combustion engine.
前記早期蒸発防止手段は、前記所定操作として、前記燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を増圧させる操作、前記パイロット噴射の燃料噴射量を減量させる操作及び前記メイン噴射の燃料噴射時期を遅角させる操作の少なくとも一つを前記内燃機関に対して実行することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine can change a fuel injection pressure by the fuel injection valve, and the fuel injection by the fuel injection valve is performed at a predetermined timing with a main injection and a smaller amount of fuel than the main injection than the predetermined timing. The pilot injection mode divided into pilot injection performed before can be executed, and each fuel injection timing and each fuel injection amount of the main injection and the pilot injection can be changed,
The early evaporation prevention means delays the fuel injection timing of the main injection and the operation of increasing the fuel injection pressure by the fuel injection valve, the operation of decreasing the fuel injection amount of the pilot injection, and the predetermined operation. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein at least one of operations is performed on the internal combustion engine.
前記排気還流通路を流れるガスの流量を調整できる調整弁と、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に前記調整弁を開き側に制御する通路壁温度制御手段と、を更に備えることを特徴とする請求項2〜8のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine is configured as a compression ignition type internal combustion engine having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder,
An adjustment valve capable of adjusting the flow rate of the gas flowing through the exhaust gas recirculation passage, and the adjustment valve is controlled to open when the engine speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 8, further comprising a passage wall temperature control means.
前記通路壁温度制御手段は、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に、前記調整弁が全開となり、かつ前記可動部材の開度が閉じ側となるように前記調整弁及び前記可動部材をそれぞれ制御することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine includes a compressor provided in an intake passage including the remaining intake ports, a turbine provided in the exhaust passage downstream of a position where the exhaust recirculation passage is connected, and a maximum opening degree. A variable displacement turbocharger having a movable member capable of restricting an inlet of the turbine by moving between the minimum opening and the compressor and the turbine are combined so as to be integrally rotatable. And
When the engine rotational speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted, the passage wall temperature control means opens the adjustment valve and closes the opening of the movable member. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the control valve and the movable member are respectively controlled so as to be on a side.
前記通路壁温度制御手段は、前記内燃機関の機関回転速度が減速中でかつ前記燃料噴射弁による燃料噴射が中断している時に、前記調整弁が全開となり、かつ前記可動部材の開度が開き側となるように前記調整弁及び前記可動部材をそれぞれ制御することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の排気還流装置。 The internal combustion engine includes a compressor provided in an intake passage including the remaining intake ports, a turbine provided in the exhaust passage downstream of a position where the exhaust recirculation passage is connected, and a maximum opening degree. A variable displacement turbocharger having a movable member capable of restricting an inlet of the turbine by moving between the minimum opening and the compressor and the turbine are combined so as to be integrally rotatable. And
When the engine speed of the internal combustion engine is decelerating and fuel injection by the fuel injection valve is interrupted, the passage wall temperature control means opens the adjustment valve and opens the opening of the movable member. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the control valve and the movable member are respectively controlled so as to be on a side.
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